Współczesne baterie litowo-jonowe ładuje się z mocami, które nie przekraczają 1,5-2C, czyli 1,5-2 wartości pojemności baterii. A więc baterię o pojemności 50 kWh ładuje się z mocą nie wyższą niż 75-100 kW, dla 100 kWh byłoby to 150-200 kW i tak dalej.
Wszystko po to, by uniknąć przyspieszonej degeneracji ogniw oraz, co ważniejsze, wzrostu litowych dendrytów, które mogą prowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia ogniwa czy nawet pożaru.
Dendryty litowe to zmora producentów baterii. Są to charakterystyczne wypustki, które pojawiają się w ogniwie. "Rosną" one tym szybciej, im wyższa jest moc ładowania i temperatura ogniwa. Gdy doprowadzą do stałego zwarcia między elektrodami, ogniwo nadaje się do wymiany.
Naukowcy usiłują powstrzymać rozwój dendrytów opakowując elektrody rozmaitymi materiałami. Na przykład Samsung SDI pochwalił się zastosowaniem grafenowych kulek na powierzchniach elektrod. Powstrzymują one wzrost dendrytów, dzięki czemu umożliwiają podniesienie mocy ładowania, czyli przyspieszenie całego procesu – jak cytuje portal elektrowóz.pl, ogniwa Samsunga pozwalają na ładowanie z mocą około 360 kW.
Podobną drogą poszli badacze z Rice University. W testowanych przez siebie ogniwach naukowcy wykonali anodę z gilsonitu (naturalnego asfaltu) wymieszanego z grafenowymi nanorurkami i pokryli ją litem. Katodę wykonano z zasiarczonego węgla.
Okazało się, że bateria oferuje gęstość energii wynoszącą 0,943 kWh/kg i moc 1,322 kW/kg. To bardzo duża gęstość energii - udało się ją osiągnąć dzięki temu, że porowata anoda pozwala na obłożenie litem dużej powierzchni przy jednoczesnej zwartej przestrzeni.
Dla porównania: najbardziej zaawansowane dziś ogniwa NCM 811 dysponują gęstością energii wynoszącą 0,3 kWh/kg. Mówi się, że podobnie jest w przypadku ogniw 2170 stosowanych w Tesla Model 3, które uważa się za wyprzedzające konkurencję o 2-3 lata.
Przekładając powyższe wartości na język samochodów elektrycznych: gdyby litowo-grafenowo-asfaltowe ogniwa wykorzystać do zbudowania baterii Nissana Leafa (2018), dałoby się w niej zmieścić co najmniej 120-150 kWh energii zamiast obecnych 40 kWh. Dałoby to samochodowi 700-900 kilometrów zasięgu na jednym ładowaniu.
Okazało się także, że pochodzący z asfaltu węgiel spowalniał formowanie litowych dendrytów. W efekcie ogniwa można było ładować 10-20 razy szybciej, co oznacza 0,5-1 kW zamiast obecnych 0,05-0,1 kW. Baterie wykazały się stabilnością po ponad 500 cyklach ładowania-rozładowania, a to oznacza, że mogą nadawać się do zastosowań komercyjnych.
Wszystko po to, by uniknąć przyspieszonej degeneracji ogniw oraz, co ważniejsze, wzrostu litowych dendrytów, które mogą prowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia ogniwa czy nawet pożaru.
Dendryty litowe to zmora producentów baterii. Są to charakterystyczne wypustki, które pojawiają się w ogniwie. "Rosną" one tym szybciej, im wyższa jest moc ładowania i temperatura ogniwa. Gdy doprowadzą do stałego zwarcia między elektrodami, ogniwo nadaje się do wymiany.
Naukowcy usiłują powstrzymać rozwój dendrytów opakowując elektrody rozmaitymi materiałami. Na przykład Samsung SDI pochwalił się zastosowaniem grafenowych kulek na powierzchniach elektrod. Powstrzymują one wzrost dendrytów, dzięki czemu umożliwiają podniesienie mocy ładowania, czyli przyspieszenie całego procesu – jak cytuje portal elektrowóz.pl, ogniwa Samsunga pozwalają na ładowanie z mocą około 360 kW.
Podobną drogą poszli badacze z Rice University. W testowanych przez siebie ogniwach naukowcy wykonali anodę z gilsonitu (naturalnego asfaltu) wymieszanego z grafenowymi nanorurkami i pokryli ją litem. Katodę wykonano z zasiarczonego węgla.
Okazało się, że bateria oferuje gęstość energii wynoszącą 0,943 kWh/kg i moc 1,322 kW/kg. To bardzo duża gęstość energii - udało się ją osiągnąć dzięki temu, że porowata anoda pozwala na obłożenie litem dużej powierzchni przy jednoczesnej zwartej przestrzeni.
Dla porównania: najbardziej zaawansowane dziś ogniwa NCM 811 dysponują gęstością energii wynoszącą 0,3 kWh/kg. Mówi się, że podobnie jest w przypadku ogniw 2170 stosowanych w Tesla Model 3, które uważa się za wyprzedzające konkurencję o 2-3 lata.
Przekładając powyższe wartości na język samochodów elektrycznych: gdyby litowo-grafenowo-asfaltowe ogniwa wykorzystać do zbudowania baterii Nissana Leafa (2018), dałoby się w niej zmieścić co najmniej 120-150 kWh energii zamiast obecnych 40 kWh. Dałoby to samochodowi 700-900 kilometrów zasięgu na jednym ładowaniu.
Okazało się także, że pochodzący z asfaltu węgiel spowalniał formowanie litowych dendrytów. W efekcie ogniwa można było ładować 10-20 razy szybciej, co oznacza 0,5-1 kW zamiast obecnych 0,05-0,1 kW. Baterie wykazały się stabilnością po ponad 500 cyklach ładowania-rozładowania, a to oznacza, że mogą nadawać się do zastosowań komercyjnych.
źródło, foto: elektrowóz.pl
